領(lǐng)域、黃色領(lǐng)域和紅色領(lǐng)域有三個(gè)峰值，甚至還會(huì)出現(xiàn)更多的峰值。這是因?yàn)椋咨獿ED的白色光是組合了多個(gè)波長(zhǎng)的光獲得的。例如，組合藍(lán)色LED和黃色熒光體時(shí)，峰值在藍(lán)色領(lǐng)域和黃色領(lǐng)域出現(xiàn)。另外，基于藍(lán)色LED的發(fā)光強(qiáng)度的峰值較尖，而基于熒光體的峰值較為平緩。
將LED用于液晶面板背照燈時(shí)，理想的情況是LED的光譜在紅色、綠色和藍(lán)色三個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度的峰值。這是因?yàn)長(zhǎng)ED的光終將經(jīng)由液晶面板的彩色濾光片（紅色、綠色、藍(lán)色）輸出到外部。
獲得三個(gè)發(fā)光強(qiáng)度的峰值時(shí)，有使用紅色、綠色和藍(lán)色三種LED的方法，以及通過(guò)改進(jìn)熒光體材料、使用可獲得三個(gè)峰值的白色LED的方法。
發(fā)光光譜有很大不同
藍(lán)色LED和YAG類熒光體、藍(lán)色LED和ZnSe單結(jié)晶底板的發(fā)光、紫外LED和RGB熒光體等白色LED的發(fā)光光譜與熒光燈和自然光的比較。雖然都是白色，但發(fā)光光譜大為不同。
另一方面，LED用于普通的照明器具時(shí)，光譜廣泛分布在可視光領(lǐng)域的白色LED較受歡迎。原因是接近自然光，即太陽(yáng)光的光譜的光線照射物體時(shí)，物體的顏色與照射自然光時(shí)接近的緣故。LED燈可用于照明，亦可用于干燥箱的儀表數(shù)碼管顯示。
光通量、光強(qiáng)、亮度和照度
光通量是表示光源整體亮度的指標(biāo)。單位為lm（流明）。在表示照明光源的明亮程度時(shí)經(jīng)常使用。是參考人眼的靈敏度（視覺靈敏度）來(lái)表示光源放射光亮度的物理量。具體數(shù)值為各向同性的發(fā)光強(qiáng)度為1cd（堪德拉）的光源在1sr（立體弧度）的立體角內(nèi)放射的光通量為1lm。此處的sr為立體角的單位，表示從球面向球心截取的面積為半徑（r）的2次方（r2）的圓錐體的頂角。
光強(qiáng)是表示光通量立體角密度的指標(biāo)。單位為cd。多在表示顯示用LED等的眩光時(shí)使用。其定義為：發(fā)射540×1012Hz（波長(zhǎng)555nm）頻率單色光，在指定方向的光線發(fā)射強(qiáng)度為1/683W/sr的光源，在該方向的光強(qiáng)定義為1cd。
亮度是表示從光源及反射面和透射面等二次光源向觀測(cè)者發(fā)出的光的強(qiáng)度指標(biāo)。單位為cd/m2。與光通量一樣，是結(jié)合人眼的靈敏度表示的物理量。大多在表示液晶面板和PDP等顯示器畫面的亮度時(shí)使用。
照度是表示照射到平面上的光的亮度指標(biāo)。單位為lx（勒克司），有時(shí)也標(biāo)記為lm/m2。是指光源射向平面狀物體的光通量中，每單位面積的光通量。用于比較照明器具照射到平面上的明亮程度。
光通量與照度和光強(qiáng)的關(guān)系
光通量、光強(qiáng)、亮度和照度的關(guān)系簡(jiǎn)單歸納如下：光通量除以單位立體角等于光強(qiáng)；光通量除以單位面積等于照度，光強(qiáng)除以單位面積等于亮度。
發(fā)光效率（luminous efficacy）
評(píng)測(cè)光源效率的指標(biāo)，用光源發(fā)出的光通量（lm）與向光源輸入的電力（W）之比表示。單位為lm/W。
發(fā)光效率只表示光源的效率，與將光源安裝到照明器具上后器具的整體效率（綜合效率）是不同的概念。
在發(fā)光層產(chǎn)生的光子的一部分或在LED芯片內(nèi)被吸收，或在LED芯片內(nèi)不停地反射，出不了LED芯片。因此，外部量子效率比內(nèi)部量子效率要低。發(fā)光效率為100lm/W的白色LED，其輸入電力只有32％作為光能輸出到了外部。剩余的68％轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?/FONT>
發(fā)光效率是將外部量子效率用視覺靈敏度（人眼對(duì)光的靈敏度）來(lái)表示的數(shù)值。外部量子效率是發(fā)射到LED芯片和封裝外的光子個(gè)數(shù)相對(duì)于流經(jīng)LED的電子個(gè)數(shù)（電流）所占的比例。組合使用藍(lán)色LED芯片和熒光體的白色LED的外部量子效率，是相對(duì)于內(nèi)部量子效率（在LED芯片發(fā)光層內(nèi)發(fā)生的光子個(gè)數(shù)占流經(jīng)LED芯片的電子個(gè)數(shù)（電流）的比例）、芯片的光取出效率（將所發(fā)的光取出到LED芯片之外的比例）、熒光體的轉(zhuǎn)換效率（芯片發(fā)出的光照到熒光體上轉(zhuǎn)換為不同波長(zhǎng)的比例）以及封裝的光取出效率（由LED和熒光體發(fā)射到封裝外的光線比例）的乘積決定。
發(fā)光效率在2003年之前一直以每年數(shù)lm/W的速度緩慢提高。在提高發(fā)光效率時(shí)，初未改變熒光體和封裝，而是致力于改進(jìn)芯片技術(shù)。具體而言，進(jìn)行了諸如改善藍(lán)色LED芯片所使用的GaN類半導(dǎo)體結(jié)晶的MOCVD結(jié)晶成長(zhǎng)技術(shù)等。
從2004年開始，發(fā)光效率以每年10～20lm/W的速度提高。由此，從2004年的50lm/W到2008年的100lm/W，4年間提高了50lm/W。這種速度的實(shí)現(xiàn)，借助了將原來(lái)聚集于成膜技術(shù)的芯片技術(shù)改進(jìn)擴(kuò)展至了整個(gè)LED制造工藝那樣的重大調(diào)整。另外，除了改進(jìn)芯片技術(shù)外，還開始對(duì)熒光體進(jìn)行改善。
68％為熱損失
對(duì)發(fā)光效率為100lm/W的白色LED的能源轉(zhuǎn)換進(jìn)行模擬的結(jié)果。白色LED實(shí)現(xiàn)了與熒光燈同等以上的發(fā)光效率，但只有輸入電力的32％能作為光能輸出到外部。剩余的68％轉(zhuǎn)變?yōu)榱藷崮堋Ｔ撃M為向直徑5mm的炮彈型白色LED輸入62mW電力時(shí)的結(jié)果。白色LED是通過(guò)組合使用藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體獲得的。
今后，各LED廠商擬將把2008年實(shí)現(xiàn)的100lm/W發(fā)光效率，提高至2010年的140～170lm，2011年提高至150～200lm/W。也是說(shuō)，在發(fā)光效率上領(lǐng)先于新加入進(jìn)來(lái)的廠商的LED廠的目標(biāo)是，平均每年提高30lm/W以上，3年提高100lm/W。LED的發(fā)光效率的上限被認(rèn)為是250lm/W左右，各LED廠商正在挑戰(zhàn)能以何種程度逼近上限。
為挑戰(zhàn)該上限，LED廠商正在全面導(dǎo)入新的芯片技術(shù)、熒光體技術(shù)以及封裝技術(shù)。芯片技術(shù)方面，將繼續(xù)提高內(nèi)部量子效率和光取出效率。熒光體方面，除了提高變換效率外，還要采取措施降低因熒光體散射造成的衰減。封裝技術(shù)方面，要改善材料和構(gòu)造，以提高光取出效率。
色溫（color temperature）
指用黑體（理論上可完全吸收外來(lái)光的虛擬物體）的溫度表示光的顏色的數(shù)值。單位為K（開爾文）。黑體發(fā)出光的波長(zhǎng)分布（色調(diào)）因溫度而異。色溫常用于表示熒光燈和白色LED的光色，及顯示器可顯示的白色的程度。一般來(lái)說(shuō)，色溫低時(shí)看上去發(fā)紅，色溫高時(shí)發(fā)青……
以白色LED為例，結(jié)合使用藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體的一般品種（平均演色性指數(shù)Ra為70以上）多為色溫在6000K以上的晝光色，而追加紅色熒光體等紅色光的燈泡色LED的色溫多在3000K以下。改進(jìn)與藍(lán)色LED芯片組合的熒光體的光色，還可獲得4000K以上和5000K以上等色溫。色溫可依照明器具的設(shè)置場(chǎng)所分別使用。例如，辦公室等好設(shè)置與太陽(yáng)光接近、色溫較高的照明器具，而一般家庭和飯店等大多喜歡采用與白熾燈接近、色溫較低的照明器具。
指用黑體（理論上可完全吸收外來(lái)光的虛擬物體）的溫度表示光的顏色的數(shù)值。單位為K（開爾文）。黑體發(fā)出光的波長(zhǎng)分布（色調(diào)）因溫度而異。色溫常用于表示熒光燈和白色LED的光色，及顯示器可顯示的白色的程度。一般來(lái)說(shuō)，色溫低時(shí)看上去發(fā)紅，色溫高時(shí)發(fā)青。
照度和色溫的變化
近，按照內(nèi)的時(shí)間變化及季節(jié)進(jìn)行調(diào)光的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)。例如，日本岡村制作所上市了使用LED進(jìn)行細(xì)微調(diào)整的照明系統(tǒng)。特點(diǎn)是具有可隨著人體生物鐘按照約周期有規(guī)律地改變照度和色溫的功能。預(yù)設(shè)了調(diào)光程序，對(duì)1年中每，可按照時(shí)間和季節(jié)的變化，使照度在400～800lx范圍內(nèi)分5個(gè)階段、色溫在3000～5000K范圍內(nèi)分5個(gè)階段而變化。這樣便可按照人們?cè)缟闲褋?lái)、白天活動(dòng)、夜晚睡眠的自然環(huán)境進(jìn)行周期性調(diào)光。人們有了更加舒適的光照環(huán)境，能夠更有效地工作。
演色性（color rendition）
指利用照明器具的光照射物體時(shí)，反映以何種程度再現(xiàn)了與自然光照射時(shí)相同顏色的指標(biāo)。一般情況下，多使用平均演色性指數(shù)（Ra）來(lái)表示。平均演色性指數(shù)越接近100的光源，越能再現(xiàn)與自然光照射時(shí)相同的顏色。作為照明用途，普通家庭和辦公室室內(nèi)使用的照明器具的Ra為80以上、走廊等為70以上；美術(shù)館、物品檢驗(yàn)以及店鋪等注重演色性的用途，大多在90以上。
用于照明的白色LED，大體分為低Ra和高Ra品種。演色性與發(fā)光效率具有此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，優(yōu)先考慮演色性，發(fā)光效率會(huì)降低20～30％。為此，出現(xiàn)了發(fā)光效率優(yōu)先和演色性優(yōu)先的不同品種。演色性高的光，其光譜接近自然光。也是說(shuō)，發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)的變化較小；而發(fā)光效率高的光，在人眼視覺靈敏度（人眼對(duì)光的靈敏度）高的領(lǐng)域（550nm附近的峰值），其發(fā)光峰值較大。
例如，組合藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體得到的疑似白光的普通白色LED，其Ra只有70多。在其中添加紅色熒光體等即可將Ra提高到80以上。Ra超過(guò)90的白色LED則是出于使發(fā)光光譜的變化更加平滑的目的，而對(duì)藍(lán)色LED組合使用了綠色熒光體和紅色熒光體等。此外，對(duì)近紫外LED組合使用紅色、綠色和藍(lán)色等多種熒光體，可獲得Ra超過(guò)90的白色LED。
高效率、高演色LED
目前使用藍(lán)寶石底板的藍(lán)色LED和黃色熒光體等白色LED封裝是主流，但三菱化學(xué)計(jì)劃通過(guò)組合采用m面-GaN底板的近紫外LED和紅/綠/藍(lán)色（RGB）熒光體來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率、高演色的LED。
Ra是對(duì)普遍存在的、有代表性的8種顏色的演色性指數(shù)（將待評(píng)測(cè)照明光源照射物體時(shí)的顏色與基準(zhǔn)光源照射時(shí)的顏色相比較的值）的平均值。計(jì)算演色性指數(shù)的8種代表性顏色為：暗灰色、暗黃色、深黃綠色、黃綠色、淡藍(lán)綠色、淡藍(lán)色、淡紫色、紅紫色。
調(diào)光（dimming）
將光源發(fā)出的光調(diào)節(jié)為希望的亮度的做法。LED與白熾燈一樣，比熒光管更容易進(jìn)行微細(xì)調(diào)光。通過(guò)在點(diǎn)亮LED的電源電路中，改變輸入LED的電流大小和占空比（導(dǎo)通時(shí)間與截至?xí)r間之比）來(lái)調(diào)節(jié)亮度。
液晶面板的LED背照燈的調(diào)光是指，整體調(diào)節(jié)LED背照燈的發(fā)光，或者對(duì)背照燈進(jìn)行部分控制。通過(guò)根據(jù)液晶面板顯示的影像控制LED的發(fā)光，能夠在確保峰值亮度的同時(shí)，降低較暗部分的亮度。例如，東芝的“CELL REGZA 55X1”液晶電視配備了直下型白色LED背照燈。針對(duì)輸入影像對(duì)512個(gè)領(lǐng)域（16×32）的LED發(fā)光情況分別進(jìn)行控制。通過(guò)使領(lǐng)域內(nèi)配備的多個(gè)白色LED以大亮度發(fā)光，峰值亮度實(shí)現(xiàn)了1250cd/m2，影像顯示時(shí)的對(duì)比度實(shí)現(xiàn)了500萬(wàn)比1。
如同利用滑線電阻調(diào)壓器調(diào)節(jié)白熾燈亮度一樣，LED照明也能實(shí)現(xiàn)所希望的亮度，目前已經(jīng)開發(fā)出了具備調(diào)光功能的產(chǎn)品。除了埋入天花板等的LED照明器具外，LED燈泡中也有利用遙控器進(jìn)行調(diào)光的產(chǎn)品。組合使用光傳感器，根據(jù)外光的亮度自動(dòng)調(diào)光的LED照明器具也已經(jīng)面世。 |
